JP2007118662A - 多機掛け推進機の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 複数の推進機を自動制御して極低速航行を可能とし、複数のアクセルレバー操作の煩わしさをなくした多機掛け推進機の制御装置を提供する。
【解決手段】 船舶の船尾２に取付けられ推力を発生する複数の推進機３ａ，３ｂ，３ｃと、各推進機を駆動制御する制御装置１２と、前記船舶の目標速度を設定する目標速度設定手段とを備え、前記制御装置１２は、前記目標速度に応じて予め設定された駆動パターンにしたがって、各推進機３ａ，３ｂ，３ｃを駆動制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、船尾に複数の船外機やスターンドライブなどの推進機（以下単に船外機という）を備えた多機掛け船外機の制御装置に関する。

小型船舶における電動舵切り装置（ステアリング装置）が特許文献１に開示されている。この電動ステアリング装置は、油圧機構に代えて電動モータにより舵切り動作を行うものである。電動舵切り装置を用いることにより、円滑な動作と高精度な制御性が得られる。電動ステアリング装置は船外機に連結される。ハンドルの操舵角に応じた転舵角が制御装置で算出され、この転舵角に応じて電動ステアリング装置が駆動され、船外機を舵切り動作させる。

船外機は、電動ステアリング装置を介してハンドルに連結されるとともに、アクセルレバーを備えたリモコン装置に連結される。リモコン装置は操縦席のハンドル近傍に備わり、アクセルレバーの操作により、前進、後進及び中立のシフト切換えを行うとともに、アクセルレバーの倒し角度に応じて前進後進でのスロットル開度を変えて推力制御を行う。

船外機の推進力は、エンジンからの回転出力をギヤを介してプロペラに伝達するため、最低推進力はエンジンが停止しない下限回転数に依存する。

魚釣りなどの場合のトローリング走行では、可能な限り低速で航行することが望まれる。しかし、船外機は下限回転数に制約されるため、この下限回転数に対応する最低速度以下の極低速の速度で航行することはできない。

図９は、船外機のアクセル操作角と速度の関係を示す。
アクセルレバーをＮ（中立）からある角度だけ前に倒すとギヤがＦ（前進シフト）に入る。さらにアクセルレバーを前に倒すとスロットルが徐々に開き全開位置に達する。この場合、ギヤがＦにシフトインしたときに、エンジンの下限回転数に対応した速度ｖ１となりその後（負荷が一定であれば）ＷＯＴ（スロットル全開）まで速度が増加する。したがって、最低速度はギヤがＦの位置の状態のｖ１であって、１つの船外機では０〜ｖ１の間の極低速の調整はできない。

図１０は、３機掛け船外機の低速制御方法を示す。また、図１１は、３機掛け船外機を制御するリモコン装置の説明図である。
小型船舶の船体１の船尾に３機の船外機３ａ，３ｂ，３ｃが取付けられている。これらの船外機を駆動制御するために操縦席（図示しない）の近傍にリモコン装置３０が備わる。リモコン装置３０は、各船外機３ａ，３ｂ，３ｃにそれぞれ連結されたアクセルレバー３１ａ，３１ｂ，３１ｃを有する。

図１１に示すように、３つのレバー３１ａ，３１ｂ，３１ｃは、それぞれ独立して操作可能であり、中央の直立した中立位置（Ｎ）と、このＮ位置から所定角度だけ前方に傾けた前進位置（Ｆ）と、それよりさらに前方に傾けたスロットル全開位置（ＷＯＴ）との間を移動可能である。また、後進方向は、Ｎ位置から後方に所定角度だけ傾けた後進位置（Ｒ）と、それよりさらに後方に傾けたスロットル全開位置（ＷＯＴ）との間を移動可能である。Ｆ位置及びＲ位置でそれぞれギヤが前進及び後進にシフトインしてスロットルが全閉状態（エンストしない最低速度）となる。したがって、Ｆ〜Ｒ間がギヤがシフトインしていない中立ギヤ位置であり、Ｆより前方が前進ギヤ位置であり、Ｒより後方が後進ギヤ位置である。

図１０（Ａ）は、中央の船外機３ｂのみをＦ（前進）にシフトインし、左右両側の船外機３ａ，３ｃはＮ（中立位置）の状態である。
図１０（Ｂ）は、中央の船外機３ｂをＮの位置にして、左右両側の船外機３ａ，３ｃをＦにシフトインした状態を示す。

このように複数の船外機のうち一部のみをＦにシフトインし、残りの船外機をＮにしておくことにより、３機とも最低速度のＦにシフトインした場合に比べ、さらに低速で航行することができる。また、一部の船外機をＦ側にシフトインし、残りの船外機をＲ（後進）側にシフトインして、Ｆ側とＲ側の推進力をレバー操作で調整することにより、さらに低速航行が可能になる。

しかしながら、３機の船外機３ａ，３ｂ，３ｃそれぞれに対応して３つのアクセルレバー３１ａ，３１ｂ，３１ｃを操作することは、レバー選択の判断や各レバー操作量の調整が面倒であり、円滑で快適な運転感覚が損なわれる。

特許第２９５９０４４号公報

本発明は上記従来技術を考慮したものであって、複数の推進機を自動制御して極低速航行を可能とし、複数のアクセルレバー操作の煩わしさをなくした多機掛け推進機の制御装置の提供を目的とする。

請求項１の発明は、船舶の船尾に取付けられ推進力を発生する複数の推進機と、各推進機を駆動制御する制御装置と、前記船舶の目標速度を設定する目標速度設定手段とを備え、前記制御装置は、前記目標速度に応じて予め設定された駆動パターンにしたがって、各推進機を駆動制御することを特徴とする多機掛け推進機の制御装置を提供する。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記複数の推進機のうち一部の推進機の推進力及び／又は推進力方向を他と異なるように制御することを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項２の発明において、船尾中央に対し対称位置の推進機の転舵角を相互に逆方向に同じ角度だけ傾かせる駆動パターンを有することを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項２の発明において、前記複数の推進機のうち一部の推進機を駆動し、残りの推進機をシフトイン状態でエンジンを停止する駆動パターンを有することを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項２の発明において、前記複数の推進機のうち一部の推進機の推進力方向を残りの推進機の推進力方向と逆にする駆動パターンを有することを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項１の発明において、前記目標速度設定手段は、前記複数の推進機に連結された共通のアクセルレバーからなり、該アクセルレバーの操作角に応じて目標速度が設定されることを特徴とする。

請求項７の発明は、請求項６の発明において、前記アクセルレバーの操作角範囲に対応する速度範囲を切換え可能としたことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、予め極低速（１機の船外機についてＦにシフトインしたときの最低速度よりさらに低い速度）の設定速度に応じて、駆動する船外機の数や各船外機のシフト方向及び推進力などを、予め設定した駆動パターンにしたがって、各船外機が自動的に駆動制御される。このため、操船者は目標速度の設定操作をするだけで、個々の船外機についてそれぞれ駆動操作する煩わしさを伴うことなく容易に極低速の速度制御ができる。この場合、同じ設定速度であっても、燃費を最優先とするパターンやエンジン音の低減を最優先とするパターンなど複数の駆動パターンを予め作成して選択可能としてもよい。

請求項２の発明によれば、目標速度や走行状態に応じて、予め設定された駆動パターンにしたがって、一部の推進機の推進力あるいは推進方向を他の推進機と異ならせることにより、推進力同士のキャンセルなどで極低速の速度制御が容易にできる。

請求項３の発明によれば、船尾中央に関し対称位置の船外機の転舵角（直進方向に対する傾き角）を対称に傾斜させてハ字状又は逆ハ字状にすることにより、両方の船外機の対向する推進力成分を分散させたりあるいは対向する推進力成分により水圧抵抗を増加させて速度を低下させることができる。この場合、電動舵切り装置を用いることにより、容易に転舵角の変更ができる。

請求項４の発明によれば、推進力を得る一部の船外機以外の船外機については、ギヤが入った状態でエンジンを停止するため、プロペラが回転せず抵抗が増加して速度を低下させることができる。

請求項５の発明によれば、複数の船外機が推進力方向を相互に逆方向にシフトインされるため、推進力がキャンセルされ合計の推進力が小さくなって速度を低下させることができる。

請求項６の発明によれば、１つのアクセルレバー操作により、容易に最低０から極低速範囲の目標速度が設定され、この目標速度となるように、駆動パターンにしたがって、複数の船外機が自動制御される。

請求項７の発明によれば、複数の船外機の各々に対しアクセルレバーが連結されたリモコン装置を備えている小型船舶において、そのうち１つのアクセルレバーを共通の極低速制御用の操作レバーとする場合に、例えば通常走行モードから低速走行モードに切換えることにより、通常時はスロットル全閉から全開までの速度に応じたレバー角度範囲を極低速の設定速度に応じた速度範囲とすることができ、通常のリモコン装置のアクセルレバーを用いて極低速の速度制御を容易に細かく行うことができる。

図１は、本発明に係る多機掛け船外機型の小型船舶の全体平面構成図である。この例は３機掛け船外機の小型船舶の例を示す。
船体１の船尾板２に３機の船外機３ａ，３ｂ，３ｃがそれぞれクランプブラケット４を介して取付けられる。各船外機３ａ，３ｂ，３ｃは、スイベル軸（鉛直軸）６廻りに回転可能である。スイベル軸６の上端部にステアリングブラケット５が固定される。ステアリングブラケット５の前端部に電動モータ式の舵切り装置１５（図３参照）が連結される。舵切り装置１５の電動モータが矢印Ａのようにスライドすることにより、ステアリングブラケット５を介して船外機３ａ，３ｂ，３ｃが転舵角に応じてスイベル軸６廻りに回転する。各船外機３ａ，３ｂ，３ｃ及び舵切り装置１５は、それぞれコントローラ１１（図２の１１ａ及び１１ｂ）を介して制御装置（ＥＣＵ）１２に連結され、制御装置１２により船外機のエンジン出力制御及び舵切り装置１５の転舵角制御が行われる。

操縦席にハンドル７が備わる。ハンドル７の回転操作による操舵角は、ハンドル軸８を介して操舵角センサ９により検出される。検出された操舵角はケーブル１０を介して制御装置１２に送られる。ハンドル軸８には反力モータ１４が連結され、操舵角や外力状態に応じた反トルクが制御装置１２で演算され、この反トルクが反力モータ１４によりハンドル７に付与される。これにより、操船者に対し、船の走行状態に合せてハンドル操作に応じた反力が付与され、ハンドル操作したときの重い感じや軽い感じ等の運転感覚が得られる。

制御装置１２には、速度センサ１６（図２）及びアクセルセンサ１７（図２）が接続される。

図２は、図１の３機掛け船外機型小型船舶の操舵制御系の要部構成図である。
ハンドル７の回転操作角度は操舵角センサ９で検出され、操舵角データが制御装置１２に入力される。制御装置１２には、エンジン状態や姿勢等の各種走行状態検出データ及び速度センサ１６からの速度データが入力される。さらに、制御装置１２には、アクセルセンサ１７からのスロットル開度データが入力される。

制御装置１２は、各船外機３ａ，３ｂ，３ｃに対しそれぞれコントローラ１１ａを介して接続され、それぞれの点火時期や燃料噴射などを制御してエンジン出力を制御する。また、制御装置１２は、各船外機３ａ，３ｂ，３ｃの舵切り装置１５に対しそれぞれコントローラ１１ｂを介して接続され、転舵角を制御する。

なお、各船外機のコントローラ１１ａ，１１ｂは、一体部品として構成してもよい。また、制御装置１２内に組込むこともできる。

速度センサ１６による速度の検出は、船底に設けた羽根車で直接水に対する速度を検出してもよいし、ＧＰＳにより地上に対する位置を計測して速度を演算してよいし、あるいはエンジンの回転数やスロットル開度から速度を予測して求めてもよい。アクセルセンサ１７は、例えばアクセルレバーに設けた位置センサや角度センサあるいは回転軸に設けた回転角センサなどにより構成される。

制御装置１２は、操舵角や船の情報及び走行状態データ等に応じてハンドルへの反力の目標トルクを算出し、反力モータ１４を駆動してハンドル７に反力を付与する。

制御装置１２にはさらに、トリム角やプロペラのサイズなどの船の情報が入力される。

３機の船外機３ａ，３ｂ，３ｃが船体の船尾板２（図１）に取付けられる。各船外機３ａ，３ｂ，３ｃの舵切り装置１５は、制御装置１２に接続され、制御装置１２から転舵角の指令値を受け、電動モータ（図示しない）を駆動して転舵動作させる。制御装置１２は、さらに各船外機３ａ，３ｂ，３ｃのエンジン（図示しない）に接続され、エンジンのスロットル開度や燃料噴射及び点火時期を制御して各船外機ごとに出力を制御する。

各船外機３ａ，３ｂ，３ｃには、プロペラ反力Ｆが作用する。プロペラ反力は、プロペラの回転に起因して船外機に対し作用する。このプロペラ反力により、船外機の方向を変化させ一定方向に偏って進ませようとするパドルラダー効果あるいはジャイロ効果と呼ばれる偏倚力が作用する。

図３は、舵切り装置の構成図である。
舵切り装置１５を構成する電動モータ２０は、ＤＤ（Direct Drive）型モータであり、ネジ棒１９に装着され、このネジ棒１９に沿って摺動する。ネジ棒１９の両端は支持部材２２により船尾板（図示しない）に固定される。２３はクランプブラケットのクランプ部分であり、２４はチルト軸である。船外機３ａ，３ｂ，３ｃ（図１）のスイベル軸６にステアリングブラケット５が固定され、このステアリングブラケット５の前端部５ａに、連結ブラケット２１を介して電動モータ２０が連結される。

このような構成において、ハンドル操舵量に応じて電動モータ２０をネジ棒１９に沿って摺動させることにより、船外機がスイベル軸６廻りに回動して転舵することができる。

図４は、本発明に係る低速制御方法のフローチャートである。この例は３機掛け船外機の場合を示す。

ステップＳ１：
アクセルレバーを操作するときのアクセルモードを設定する。アクセルレバーは各船外機に対応してリモコン装置に３個備わる（図１０参照）。通常走行時には操船者は、３つのアクセルレバーにより個々の船外機を駆動制御して船を操縦する。トローリング等の低速走行時には、３つのアクセルレバーのうち１つを共通化して、１つのアクセルレバーにより３機の船外機を同時に極低速航行の自動制御を行う。アクセルモードとして、１機ごとの船外機に対しそれぞれ駆動制御する通常走行モードと、極低速の速度制御を行う低速走行モードが設定される。低速制御を行う場合には、このステップＳ１で、低速モードを選択する。

通常走行モードでは、アクセルレバーを中央直立位置から前傾させて例えば２０度でスロットル全閉のＦにシフトインし、７０度でスロットル全開となるように設定されている（図８参照）。したがって、Ｆ位置で最低速度となり、全開位置で最高速度となる。

低速走行モードでは、Ｆ位置で速度０になるように、すなわち目標速度が０となるように３機の船外機が制御される。また全開位置では目標速度が１機の船外機の場合の最低速度ｖ１（図９参照）又はこれより幾分高い速度となるように３機の船外機が制御される。

なお、低速走行モードにおいて、レバー操作角度のＦからＷＯＴの範囲を、速度０（Ｆ位置）から通常の最高速度（ＷＯＴ位置）に対応させるモード（図８の低速走行モードＢ）と、速度０（Ｆ位置）から前記最低速度ｖ１（ＷＯＴ位置）に対応させるモード（図８の低速走行モードＡ）の２種類設定することもできる。このように、レバー操作角度の範囲に対応する速度範囲を変えることにより、極低速域の速度制御を容易に細かく行うことができる。

ステップＳ２：
アクセルセンサ１７（図２）によりアクセルレバーの操作角度を検出する。

ステップＳ３：
検出されたアクセルレバーの操作角度に応じて、目標速度を設定する。この目標速度は、前述の図９の０〜ｖ１の速度である。

ステップＳ４：
目標速度を得るための３機の船外機による機数とシフトの制御パターンを選択する。前進の場合の制御パターンの例を表１に示す。

パターン（ア）は、左右の船外機をＲにシフトインし、中央の船外機をＦにシフトインするパターンである。パターン（イ）は、逆に、左右の船外機をＦにシフトインし、中央の船外機をＲにシフトインするパターンである。パターン（ウ）は、中央の船外機をＦにシフトインするとともに、左右の船外機を対称に転舵してハ字状又は逆ハ字状にするパターンである。パターン（エ）は、中央の船外機をＦにシフトインするとともに、左右の船外機をＲにシフトインした状態でエンジンを停止するパターンである。パターン（オ）は、中央の船外機をＦにシフトインして左右の船外機のエンジンを停止し、中央の１機の船外機のみで前進走行するパターンである。パターン（カ）は、中央の船外機のエンジンを停止し、左右の船外機をＦにシフトインして左右２機の船外機を用いて前進走行するパターンである。パターン（キ）は、３機すべての船外機をＦにシフトインして３機の船外機により前進走行するパターンである。

ステップＳ５：
選択されたパターンにしたがって、目標速度になるように、３機の船外機のシフト（前進か後進か）及び推力を制御する。

ステップＳ６：
上記ステップＳ４でパターン（ウ）を選択した場合、左右船外機を対称に転舵してハ字状又は逆ハ字状を形成する。また、ハンドル操作されたときに、ハンドル操作角に応じて３機の船外機を同時に転舵制御する。

図５は、目標速度の説明図である。
横軸はアクセル操作角であり、アクセルレバーの倒し角度を示す。中央の真直ぐの状態がＮ（中立）であり、前側に例えば２０度倒すとＦ（前進）にシフトインして前進側のギヤが入る。Ｎから後側に例えば２０度倒すとＲ（後進）にシフトインして後進側のギヤが入る。ＲからＦまでの間はＮでありギヤは入らない。前進側のＦにシフトインして、レバーがそのＦ位置にあるときは、エンストを起こさない最低回転数でエンジンが駆動され、その回転数に対応する最低速度ｖ１で走行する。逆に、後進側のＲにシフトインして、レバーがそのＲ位置にあるときは、Ｆのときと同様に、エンストを起こさない最低回転数でエンジンが駆動され、その回転数に対応する最低速度ｖ２（＝−ｖ１）で走行する。したがって、１機の船外機についてみると、速度がｖ２からｖ１の範囲Ｗの速度は得られない。本発明では、複数の船外機を用いることにより、この範囲Ｗの速度を調整可能として、前進及び後進の極低速（０〜ｖ１）を目標速度とすることができる。

図６は、推力設定の説明図である。
この例は、前述のパターン（ア）の例を示す。図のグラフｍのように、船外機のスロットル開度と推力の関係を示すマップが備わる。このマップにしたがって、３機トータルの推力が目標の大きさ（例えば０）になるように、中央の船外機３ｂと左右の船外機３ａ，３ｃのスロットル開度を調整する。例えば左右の船外機３ａ，３ｃのスロットル開度Ｔ２での推力Ｆ２が、中央の船外機３ｂのスロットル開度Ｔ１の推力Ｆ１の半分になるように調整する。これによりトータルの推力（Ｆ１−２×Ｆ２）をほぼ０にすることができる。

図７は、低速時における３機の船外機の推力説明図である。
（Ａ）は、中央の船外機３ｂのみを駆動し、左右両側の船外機のエンジンを停止した低速走行時の駆動状態である。この駆動状態は、前述のパターン（オ）を示す。１機のみの推進力Ｆ１により低速で航行する。

（Ｂ）は、前述のパターン（ア）の極低速状態を示すものであり、左右の船外機をＲにシフトインし、中央の船外機をＦにシフトインするパターンである。前進方向の推進力Ｆ２と後進方向の推進力Ｆ３がキャンセルしあって合計（Ｆ２−２×Ｆ３）では小さな前進方向推進力になり、極低速で航行する。

（Ｃ）は、前述のパターン（ウ）に類似したパターンであり、中央の船外機３ｂをＲにシフトインするとともに、左右の船外機３ａ，３ｃを対称に転舵角θだけ傾斜させてハ字状にしたパターンである。前進方向の推進力（２×Ｆ４・ｃｏｓθ）と後進方向の推進力（Ｆ５）がキャンセルしあって合計で小さな前進方向推進力になり、極低速で航行する。

図８は、アクセルモードの説明図である。
通常走行モードでは、アクセルレバーの操作角をＦにシフトインした角度で最低速度ｖ１の速度となり、アクセル操作角を大きくして最大角度まで傾けるとスロットルが全開となって、速度は最大速度Ｖとなる。

低速走行モードＡ，Ｂではともに、アクセルレバーをＦにシフトインした角度では速度は０であり、アクセルレバーの操作角を大きくすると徐々に速度が増加する。低速走行モードＢでは、最大角度まで傾けると速度Ｖになる。低速走行モードＡでは、最大角度まで傾けると速度がｖ１になる。モードＡは、アクセルレバー操作角の全範囲を使って極低速範囲０〜ｖ１に対応させるため、モードＢに比べ、極低速域の微調整が容易にできる。

このように、本発明では、アクセルモード設定段階（図４ステップＳ１）で、低速走行モードを選択することにより、速度０からの極低速制御が可能になり、さらにレバー操作角範囲に対する速度範囲を変えることにより、極低速域での速度調整が容易に精度よくできる。

本発明は、多機掛け船外機に対し適用でき、特に３機掛け以上の船外機を備えた小型船舶に対し有効に適用できる。

本発明が適用される小型船舶の全体平面図。 本発明に係る操舵制御系の要部構成図。 本発明に係る舵切り装置の構成図。 本発明に係る低速制御のフローチャート。 本発明に係る目標速度設定の説明図。 本発明に係る推進力設定の説明図。 本発明に係る低速時の推進力の説明図。 本発明に係るアクセルモードの説明図。 １機の船外機によるアクセル操作角と速度の説明図。 ３機掛け船外機の低速制御の説明図。 リモコン装置の説明図。

符号の説明

１：船体、２：船尾板、３ａ，３ｂ，３ｃ：船外機、４：クランプブラケット、５：ステアリングブラケット、５ａ：前端部、６：スイベル軸、７：ハンドル、８：ハンドル軸、９：操舵角センサ、１０：信号ケーブル、１１：コントローラ、１２：制御装置、１４：反力モータ、１５：舵切り装置、１６：速度センサ、１７：アクセルセンサ、１９：ネジ棒、２０：電動モータ、２１：連結ブラケット、２２：支持部材、２３：クランプ部、２４：チルト軸、３０：リモコン装置、３１ａ，３１ｂ，３１ｃ：アクセルレバー

Claims (7)

1. 船舶の船尾に取付けられ推進力を発生する複数の推進機と、各推進機を駆動制御する制御装置と、前記船舶の目標速度を設定する目標速度設定手段とを備え、前記制御装置は、前記目標速度に応じて予め設定された駆動パターンにしたがって、各推進機を駆動制御することを特徴とする多機掛け推進機の制御装置。
2. 前記複数の推進機のうち一部の推進機の推進力及び／又は推進力方向を他と異なるように制御することを特徴とする請求項１に記載の多機掛け推進機の制御装置。
3. 船尾中央に対し対称位置の推進機の転舵角を相互に逆方向に同じ角度だけ傾かせる駆動パターンを有することを特徴とする請求項２に記載の多機掛け推進機の制御装置。
4. 前記複数の推進機のうち一部の推進機を駆動し、残りの推進機をシフトイン状態でエンジンを停止する駆動パターンを有することを特徴とする請求項２に記載の多機掛け推進機の制御装置。
5. 前記複数の推進機のうち一部の推進機の推進力方向を残りの推進機の推進力方向と逆にする駆動パターンを有することを特徴とする請求項２に記載の多機掛け推進機の制御装置。
6. 前記目標速度設定手段は、前記複数の推進機に連結された共通のアクセルレバーからなり、該アクセルレバーの操作角に応じて目標速度が設定されることを特徴とする請求項１に記載の多機掛け推進機の制御装置。
7. 前記アクセルレバーの操作角範囲に対応する速度範囲を切換え可能としたことを特徴とする請求項６に記載の多機掛け推進機の制御装置。
   

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